不少臨床研究或臨床試驗(yàn)的結(jié)果顯示，間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）能治療多種疾病，尤其是一些疑難雜癥，但是療效各有差異。研究者開(kāi)始冷靜反思：具有治療功能的間充質(zhì)干細(xì)胞為何會(huì)臨床療效差異化較大？對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，不同的研究者有不同的思考和解釋。

 

      本文主要從間充質(zhì)干細(xì)胞輸入機(jī)體后的分布和代謝方面給于闡述。

 

      首先，應(yīng)該意識(shí)到間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）和化學(xué)藥物具有明顯的差異：包括但不限于

 

      ①化學(xué)藥物是死的，而MSC是有生命的；②化學(xué)藥物有明確的半衰期，MSC暫時(shí)沒(méi)發(fā)現(xiàn)；③化學(xué)藥物有明確的單一靶位點(diǎn)，MSC通過(guò)多途徑發(fā)揮作用；④化學(xué)藥物在體內(nèi)都是被動(dòng)運(yùn)輸，MSC具有主動(dòng)趨化遷移的功能特性；⑤化學(xué)藥物的均一性非常好，MSC的均一性很差，細(xì)胞周期的步伐并不十分一致。

 

      這些差異給臨床治療帶來(lái)什么樣的思考？在臨床研究或應(yīng)用上，研究者習(xí)慣性基于化學(xué)藥物的思維來(lái)對(duì)待細(xì)胞是否合適？

 

      大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明間充質(zhì)干細(xì)胞輸入體內(nèi)后，并沒(méi)有長(zhǎng)期停留在體內(nèi)，而且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而被機(jī)體清除。這也解釋了間充質(zhì)干細(xì)胞的作用機(jī)制不在于分化為組織特異性的成熟細(xì)胞。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示：免疫系統(tǒng)健全的機(jī)體，其清除輸入體內(nèi)MSC的速率越快；免疫缺陷的機(jī)體，其清除輸入體內(nèi)MSC的速度越慢。輸入體內(nèi)MSC的清除還與輸入途徑有密切關(guān)系，組織局部注射、外周靜脈注射、動(dòng)脈注射，均對(duì)MSC在體內(nèi)的存留時(shí)間產(chǎn)生較大的影響。下面的內(nèi)容將給予詳細(xì)論述。

 

局部注射

 

      常見(jiàn)局部注射MSC的部位有腦部、四肢肌肉、心臟、肝臟、腰椎（蛛網(wǎng)膜下腔）。

 

      局部微注射人骨髓MSC到大鼠大腦紋狀體部位，72天后，依然能檢測(cè)到人骨髓MSC的存在，而且MSC能遷移至胼胝體和大腦皮層。大腦右側(cè)尾狀核局部注射MSC，4周后大腦多個(gè)部位均可以檢測(cè)MSC的存在，而且發(fā)現(xiàn)MSC在大腦的遷移，偏好于沿著血管的走向。但是MSC頸動(dòng)脈注射后，在腦部的存活時(shí)間一般都是1-2天。氧化鐵標(biāo)記的骨髓MSC頸動(dòng)脈注射治療大腦中動(dòng)脈栓塞模型（MCAO）大鼠，24小時(shí)后，核磁共振成像（MRI）顯示MSC能穿過(guò)血腦屏障，遷移到大腦皮層、皮質(zhì)下白質(zhì)層、紋狀體、腦干部位，甚至觀察到MSC能遷移到對(duì)側(cè)大腦。分別給大鼠頸動(dòng)脈注射人骨髓MSC和大鼠骨髓MSC，發(fā)現(xiàn)人骨髓MSC的清除快于大鼠骨髓MSC，這說(shuō)明機(jī)體清除異種屬的細(xì)胞的速率更快。

 

      TNF-α和IL-1β先刺激MSC（24小時(shí)），MSC再心室內(nèi)局部注射；和對(duì)照組相比，經(jīng)過(guò)TNF-α和IL-1β刺激的MSC趨化遷移到心肌缺血區(qū)域的細(xì)胞數(shù)量明顯增多，證明了TNF-α和IL-1β可以增強(qiáng)MSC的粘附能力，但是這種作用可以被VCAM-1的單克隆抗體所阻斷。

 

全身注射

 

      MSC腹腔注射免疫缺陷的小鼠（裸鼠和NOD/SCID小鼠）后，在體內(nèi)多組織器官中存在可達(dá)120天，而MSC在免疫系統(tǒng)健全的異品種小鼠只能存在20多天，但是可以在同品種小鼠中存在40多天（見(jiàn)圖）。

 

 

      人MSC從大鼠頸靜脈輸入1小時(shí)后，大鼠體內(nèi)檢測(cè)到的人MSC下降到82%左右，8天后只能檢測(cè)0.06%；大部分在肺部、肝臟和脾臟，但也有少數(shù)MSC出現(xiàn)在腎臟、小腸和睪丸，而且隨著時(shí)間的推移（2天到8天），睪丸中MSC的含量略有增多（4.6%到9.3%，黑色柱子）（見(jiàn)下圖，注意圖中的百分比是指體內(nèi)能檢測(cè)到的細(xì)胞數(shù)，不是指輸入的細(xì)胞總數(shù)）。

 

▼圖-人MSC大鼠頸靜脈輸入▼

 

 

      狒狒實(shí)驗(yàn)證明骨髓MSC經(jīng)外周靜脈輸入體內(nèi)后，自體MSC和異體MSC在體內(nèi)的分布沒(méi)有明顯的差異。臍血來(lái)源的MSC比骨髓MSC容易通過(guò)肺臟，而且年齡越大的供體，其骨髓MSC越容易在肺部滯留；在肺部滯留的MSC細(xì)胞數(shù)量，與MSC細(xì)胞表面表達(dá)的整合素α4和α6密切相關(guān)，表達(dá)量越高，越不容易在肺部滯留。

 

      外周靜脈輸入MSC后，大部分的MSC滯留在肺部，然后隨著血流達(dá)到肝臟、腎臟、脾臟。雖然全肺均有MSC分布，有研究顯示右肺聚集MSC的數(shù)量多于左肺，也有研究顯示MSC在左肺聚集多于右肺。

 

      MSC注射1小時(shí)后，50-60%的MSC滯留在肺部，3個(gè)小時(shí)后降至30%，并維持到96小時(shí)。有肺損傷同時(shí)存在時(shí)，MSC在肺部的滯留增多，甚至可高達(dá)83%。雖然外周靜脈輸入的MSC大部分在肺部滯留并被清除，但是MSC可以被肺部局部的微環(huán)境所激活，分泌大量的抗炎因子TSG-6，有利于減輕炎癥和減少心梗缺血區(qū)的面積。

 

      失代償期肝硬化患者自體骨髓MSC體外擴(kuò)增后，外周靜脈輸入用111In-oxine（放射性示蹤元素）標(biāo)記MSC，在不同時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)這些標(biāo)記的MSC，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，肺部滯留的MSC逐漸減少，而在肝臟和脾臟逐漸增多，而且MSC在脾臟聚集的細(xì)胞數(shù)多于肝臟（見(jiàn)下圖）

 

▼圖-輸注MSC后肺脾肝細(xì)胞數(shù)對(duì)比▼

 

      早已經(jīng)證明了外周靜脈輸入MSC能少量遷移到四肢骨髓定植，但是給與血管舒張劑處理，遷移到骨髓中的MSC增加了50%的細(xì)胞數(shù)。遷移至骨髓的MSC，在骨髓中存在的最長(zhǎng)時(shí)間為76天。但是體外培養(yǎng)超過(guò)12代后的MSC，以及年齡大的供體來(lái)源的MSC，它們遷移到骨髓的明顯能力下降；對(duì)骨髓進(jìn)行照射損傷后，遷移至損傷骨髓的MSC數(shù)量增多。靜脈輸入的MSC亦可以遷移到脊髓中，這為外周靜脈輸入MSC治療脊髓損傷提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

 

不同途徑比較

 

      建立豬的心肌梗塞疾病模型，通過(guò)3種不同的途徑（外周靜脈、冠狀動(dòng)脈注射、心內(nèi)膜注射）輸入骨髓MSC，14天后檢測(cè)心肌梗塞部位的MSC的細(xì)胞數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)冠狀動(dòng)脈注射MSC的治療效果最好，遷移到缺血區(qū)域的MSC細(xì)胞數(shù)最多，然后依次是心內(nèi)膜注射，缺血局部檢測(cè)不到外周靜脈注射的MSC；但是，即使是局部注射MSC，大約10%的MSC還是會(huì)進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)而遷移到肺和肝臟。

 

      建立骨關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis）和關(guān)節(jié)炎（arthritis）小鼠模型，給與尾靜脈注射人脂肪MSC（脂肪干細(xì)胞），10天后在小鼠體內(nèi)已經(jīng)檢測(cè)不到人脂肪MSC；但是給與關(guān)節(jié)腔局部注射人脂肪MSC，依然在10天后可以檢測(cè)到人MSC的存在；這數(shù)據(jù)說(shuō)明了全身性靜脈輸入MSC在體內(nèi)的清除速度快于局部注射。

 

      大鼠頸外動(dòng)脈注射MSC，于10天后依然可以在大腦皮質(zhì)層找到MSC，而且通過(guò)血腦屏障的MSC還能遷移到對(duì)側(cè)大腦，但是大腦中卻檢測(cè)不到外周靜脈注射的MSC。

 

主動(dòng)趨化遷移

 

      MSC的細(xì)胞表明表達(dá)大量的趨化受體，能敏銳地感受并結(jié)合機(jī)體里的趨化因子，沿著趨化因子的濃度梯度，從低濃度到高濃度遷移。損傷組織釋放的P物質(zhì)，在體內(nèi)形成濃度梯度，能吸引MSC沿著濃度梯度遷移到損傷部位進(jìn)行修復(fù)；甚至靜脈注射P物質(zhì)，能動(dòng)員體內(nèi)的MSC進(jìn)入循環(huán)并遷移到損傷部位，從而促進(jìn)損傷組織的修復(fù)。心臟心肌有損傷，損傷部位釋放趨化因子，可以吸引靜脈輸入的MSC遷移到損傷部位的心肌組織中，存在可達(dá)7天。

 

      MSC有很強(qiáng)的穿透血管的能力，而且這種能力不受血管通透性的影響，這個(gè)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)上得到很好的證明。比如建立皮膚炎癥的小鼠模型，給與靜脈注射MSC，觀察到約47.8%的MSC在2小時(shí)后就穿過(guò)血管壁進(jìn)入肌肉組織（MSC穿透血管的示意圖）。

 

 

結(jié)語(yǔ)

 

      不同的實(shí)驗(yàn)，MSC在機(jī)體內(nèi)的存在時(shí)間存在明顯的差異。如果是外周靜脈輸入，MSC在機(jī)體的分布比較一致，先是匯聚在肺部，少部分MSC能通過(guò)肺部到達(dá)肝、脾、腎、胰腺等血流豐富的器官，極少部分能遷移到骨髓。

 

      從目前的研究結(jié)果來(lái)看，不管是局部注射還是全身性注射，不管是自體MSC還是異體MSC，機(jī)體均會(huì)逐漸清除MSC，清除速度與多因素有關(guān)，包括機(jī)體免疫系統(tǒng)、輸入途徑、細(xì)胞來(lái)源的組織、細(xì)胞供體的年齡、細(xì)胞體外培養(yǎng)時(shí)間的長(zhǎng)短等。這也提示單次MSC輸入治療的效果并不能持久。